(57)【要約】【課題】  温度補正機能を有するジャイロセンサにおいて、温度が変化しても正確な角速度を検出することができるジャイロセンサおよび、前記ジャイロセンサを具備し精度良く姿勢の変化を検出できる電子機器を提供する。【解決手段】  ジャイロセンサ１に、振動ジャイロ素子１０を駆動させる第１の駆動回路１３と、振動ジャイロ素子１０に加わる角速度を検出する検出回路１７と、振動子２０を駆動させる第２の駆動回路２３と、振動ジャイロ素子１０の駆動信号と振動子２０の駆動信号を掛け合わせる掛算回路２４と、掛算回路２４で合成した信号において振動ジャイロ素子１０の駆動信号と振動子２０の駆動信号の差分周波数の信号を出力するローパスフィルタ２５と、差分周波数の信号を電圧に変換するＦ／Ｖ変換回路２６と、Ｆ／Ｖ変換回路２６の出力信号に基づき補正を行い補正された角速度検出信号を出力する温度補正回路１８とを備える。【選択図】      図１
2006189353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動ジャイロ素子と振動子を備え温度補正機能を有するジャイロセンサであって、
前記振動ジャイロ素子を駆動させる第１の駆動回路と、
前記振動ジャイロ素子に加わる角速度を検出する検出回路と、
前記振動子を駆動させる第２の駆動回路と、
前記振動ジャイロ素子の駆動信号と前記振動子の駆動信号を掛け合わせる掛算回路と、
前記掛算回路で合成した信号において前記振動ジャイロ素子の駆動信号と前記振動子の駆動信号の差分周波数の信号を出力するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタから出力される前記差分周波数の信号を電圧に変換するＦ／Ｖ変換回路と、
前記検出回路から出力される角速度検出信号を前記Ｆ／Ｖ変換回路の出力信号に基づき補正を行い補正された角速度検出信号を出力する温度補正回路と、を具備したことを特徴とするジャイロセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のジャイロセンサにおいて、前記振動ジャイロ素子と前記振動子との２次温度係数を一致させたことを特徴とするジャイロセンサ。
【請求項３】
第１の振動ジャイロ素子と第２の振動ジャイロ素子とを備え温度補正機能を有するジャイロセンサであって、
前記第１の振動ジャイロ素子を駆動させる第１の駆動回路と、
前記第１の振動ジャイロ素子に加わる角速度を検出する第１の検出回路と、
前記第２の振動ジャイロ素子を駆動させる第２の駆動回路と、
前記第２の振動ジャイロ素子に加わる角速度を検出する第２の検出回路と、
前記第１の振動ジャイロ素子の駆動信号と前記第２の振動ジャイロ素子の駆動信号を掛け合わせる掛算回路と、
前記掛算回路で合成した信号において前記第１の振動ジャイロ素子の駆動信号と前記第２の振動ジャイロ素子の駆動信号の差分周波数の信号を出力するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタから出力される前記差分周波数の信号を電圧に変換するＦ／Ｖ変換回路と、
前記第１の検出回路から出力される角速度検出信号を前記Ｆ／Ｖ変換回路の出力信号に基づき補正を行い補正された角速度検出信号を出力する第１の温度補正回路と、
前記第２の検出回路から出力される角速度検出信号を前記Ｆ／Ｖ変換回路の出力信号に基づき補正を行い補正された角速度検出信号を出力する第２の温度補正回路と、を具備したことを特徴とするジャイロセンサ。
【請求項４】
請求項３に記載のジャイロセンサにおいて、前記第１の振動ジャイロ素子と前記第２の振動ジャイロ素子との２次温度係数を一致させたことを特徴とするジャイロセンサ。
【請求項５】
請求項３または４に記載のジャイロセンサにおいて、前記第１の振動ジャイロ素子及び前記第２の振動ジャイロ素子は平面視において、それぞれ角速度の検出軸が異なることを特徴とするジャイロセンサ。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれか一項に記載のジャイロセンサにおいて、前記第１の振動ジャイロ素子と前記第２の振動ジャイロ素子のうち、一方の振動ジャイロ素子はダブルＴ型ジャイロ素子であり、もう一方の振動ジャイロ素子は音叉型ジャイロ素子であることを特徴とするジャイロセンサ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のジャイロセンサを備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度を検出するために用いられるジャイロセンサ及びジャイロセンサを具備した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナビゲーションシステムなどの普及により、姿勢の変化を検出するジャイロセンサが多く用いられている。
ジャイロセンサは温度特性を持ち、雰囲気温度の変化により振動ジャイロ素子の温度が変化し、ジャイロセンサの出力信号が変化する。このため、ジャイロセンサに加わる角速度が同じでも、振動ジャイロ素子の温度が変化するとその出力信号が変化し、正確な角速度を検出できない。そこで、従来より温度の変化を補正する温度補正機能を有したジャイロセンサとして、例えば特許文献１に示すようなジャイロセンサが提案されている。この提案では、振動ジャイロ素子の近傍に温度センサを配置して温度を検出し、この検出した温度信号に基づき振動ジャイロ素子の出力信号を補正している。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２８８５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この温度センサは振動ジャイロ素子自体の温度を検出しているのではなく、振動ジャイロ素子近傍の雰囲気温度を検出しており、振動ジャイロ素子自体の温度との差が生じている。また、急激な雰囲気温度の変化には、温度センサと振動ジャイロ素子との温度差は大きくなり、正確な角速度の補正をすることはできなかった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、温度補正機能を有するジャイロセンサにおいて、温度が変化しても正確な角速度を検出することができるジャイロセンサおよび、前記ジャイロセンサを具備し精度良く姿勢の変化を検出できる電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のジャイロセンサは、振動ジャイロ素子と振動子を備え温度補正機能を有するジャイロセンサであって、前記振動ジャイロ素子を駆動させる第１の駆動回路と、前記振動ジャイロ素子に加わる角速度を検出する検出回路と、前記振動子を駆動させる第２の駆動回路と、前記振動ジャイロ素子の駆動信号と前記振動子の駆動信号を掛け合わせる掛算回路と、前記掛算回路で合成した信号において前記振動ジャイロ素子の駆動信号と前記振動子の駆動信号の差分周波数の信号を出力するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタから出力される前記差分周波数の信号を電圧に変換するＦ／Ｖ変換回路と、前記検出回路から出力される角速度検出信号を前記Ｆ／Ｖ変換回路の出力信号に基づき補正を行い補正された角速度検出信号を出力する温度補正回路と、を具備したことを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、振動ジャイロ素子の温度検出に、振動ジャイロ素子の駆動信号を利用することにより、振動ジャイロ素子自体の温度を正確に得ることができる。このことから、温度センサを用いて振動ジャイロ素子近傍の温度を検出して角速度検出信号を補正することに比べて、精度よく角速度検出信号を補正することができ、正確な角速度を検出するジャイロセンサを提供できる。
【０００７】
本発明のジャイロセンサは、前記振動ジャイロ素子と前記振動子との２次温度係数を一致させても良い。
【０００８】
このようにすれば、振動ジャイロ素子と振動子の駆動信号を掛算回路で合成した信号の差分をとり、この差分の信号を電圧に変換した信号の温度特性は一次関数となり、この信号を用いて容易に、また正確に角速度検出信号を補正することができる。
【０００９】
本発明のジャイロセンサは、第１の振動ジャイロ素子と第２の振動ジャイロ素子とを備え温度補正機能を有するジャイロセンサであって、前記第１の振動ジャイロ素子を駆動させる第１の駆動回路と、前記第１の振動ジャイロ素子に加わる角速度を検出する第１の検出回路と、前記第２の振動ジャイロ素子を駆動させる第２の駆動回路と、前記第２の振動ジャイロ素子に加わる角速度を検出する第２の検出回路と、前記第１の振動ジャイロ素子の駆動信号と前記第２の振動ジャイロ素子の駆動信号を掛け合わせる掛算回路と、前記掛算回路で合成した信号において前記第１の振動ジャイロ素子の駆動信号と前記第２の振動ジャイロ素子の駆動信号の差分周波数の信号を出力するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタから出力される前記差分周波数の信号を電圧に変換するＦ／Ｖ変換回路と、前記第１の検出回路から出力される角速度検出信号を前記Ｆ／Ｖ変換回路の出力信号に基づき補正を行い補正された角速度検出信号を出力する第１の温度補正回路と、前記第２の検出回路から出力される角速度検出信号を前記Ｆ／Ｖ変換回路の出力信号に基づき補正を行い補正された角速度検出信号を出力する第２の温度補正回路と、を具備したことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、第１の振動ジャイロ素子及び第２の振動ジャイロ素子の温度検出に、それぞれの振動ジャイロ素子の駆動信号を利用することができ、振動ジャイロ素子自体の温度を正確に得ることができる。このことから、温度センサを用いて振動ジャイロ素子近傍の温度を検出して角速度検出信号を補正することに比べて、精度良く角速度検出信号を補正することができ、正確な角速度を検出する２軸検出型のジャイロセンサを提供できる。また、この温度補正機能を有する２軸検出型のジャイロセンサは温度センサを必要とせず、部品点数を削減し小型化を可能とする。
【００１１】
本発明のジャイロセンサは、前記第１の振動ジャイロ素子と前記第２の振動ジャイロ素子との２次温度係数を一致させても良い。
【００１２】
このようにすれば、振動ジャイロ素子と振動子の駆動信号を掛算回路で合成した信号の差分をとり、この差分の信号を電圧に変換した信号の温度特性は一次関数となり、この信号を用いて容易に、また正確に角速度検出信号を補正することができる。
【００１３】
本発明のジャイロセンサは、前記第１の振動ジャイロ素子及び前記第２の振動ジャイロ素子は平面視において、それぞれ角速度の検出軸が異なっても良い。
【００１４】
この構成によれば、それぞれの振動ジャイロ素子を平面に配置すれば低背化された（厚みの薄い）２軸検出型のジャイロセンサを提供できる。
【００１５】
本発明のジャイロセンサは、前記第１の振動ジャイロ素子と前記第２の振動ジャイロ素子のうち、一方の振動ジャイロ素子はダブルＴ型ジャイロ素子であり、もう一方の振動ジャイロ素子は音叉型ジャイロ素子であっても良い。
【００１６】
この構成によれば、ダブルＴ型ジャイロ素子と音叉型ジャイロ素子は、平面視において角速度の検出軸が異なり、それぞれを平面に配置すれば低背化された（厚みの薄い）、２軸検出型のジャイロセンサを提供できる。
【００１７】
本発明の電子機器は、上記ジャイロセンサを備えても良い。
【００１８】
この構成によれば、車載用ナビゲーションシステムなどの電子機器に本発明のジャイロセンサを備えれば、従来に比べ温度が変化しても正確な角速度を検出することができ、精度良く姿勢の変化を検出する電子機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
（第１の実施形態）
【００２０】
図１は本発明のジャイロセンサの一実施形態を示す回路ブロック図である。
ジャイロセンサ１は水晶などの圧電材料からなる振動ジャイロ素子１０と、同様に水晶などの圧電材料からなる振動子２０を備えている。
振動ジャイロ素子１０は両側に位置する駆動腕１１ａ，１１ｂと中央に位置する検出腕１２を備えている。駆動腕１１ａ，１１ｂがＸ方向に屈曲振動されている状態で、Ｙ軸を回転軸とする角速度が生じると、駆動腕１１ａ，１１ｂにＺ方向のコリオリ力が生じ、それに伴ない検出腕１２がＸ方向に動き、検出腕１２が角速度を検出できるように構成されている。このような形状と機能を有する振動ジャイロ素子１０をダブルＴ型ジャイロ素子と呼ぶ。
【００２１】
振動ジャイロ素子１０の駆動腕１１ａ，１１ｂに形成された駆動電極（図示せず）には第１の駆動回路１３が接続されている。また、振動ジャイロ素子１０の検出腕１２に形成された検出電極（図示せず）には角速度を検出する検出回路１７が接続されている。
検出回路１７は差動増幅回路１４、同期検波回路１５、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１６を備え、それぞれが接続されている。また、同期検波回路１５には第１の駆動回路１３が接続されている。さらに検出回路１７は温度補正回路１８に接続されている。
【００２２】
振動子２０の音叉腕２１ａ，２１ｂに形成された駆動電極（図示せず）には第２の駆動回路２３が接続されている。
そして、第１の駆動回路１３及び第２の駆動回路２３は掛算回路２４に接続され、掛算回路２４はローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５に接続されている。さらに、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５はＦ／Ｖ変換回路２６に接続され、Ｆ／Ｖ変換回路２６は温度補正回路１８に接続されている。
【００２３】
以上の構成のジャイロセンサ１の動作について以下に説明する。
第１の駆動回路１３で増幅および位相調整された駆動信号が、振動ジャイロ素子１０の駆動腕１１ａ，１１ｂの駆動電極に与えられ、駆動腕１１ａ，１１ｂがＸ方向に屈曲振動を行う。ここで、振動ジャイロ素子１０にＹ軸を回転軸とする角速度が加わると、駆動腕１１ａ，１１ｂにコリオリ力が働く。このコリオリ力に連動して、検出腕１２がＸ方向に屈曲する。検出腕１２の屈曲状態は中央部を境にして上下の腕が相互に反対方向に動き、検出腕１２に形成された上下の検出電極から出力される出力信号（電圧）に差が生じる。この出力信号はコリオリ力に対応した大きさを持ち、この出力信号が検出回路１７を構成する差動増幅回路１４に入力される。
【００２４】
差動増幅回路１４では入力された信号を増幅し、同期検波回路１５に出力する。同期検波回路１５では、同期信号として第１の駆動回路１３から出力される駆動信号を変換し、入力された信号の正部分のみまたは負部分のみ、或は正負のいずれかを反転した信号が検波される。同期検波回路１５で検波された信号は、ローパスフィルタ１６に入力され、信号に重畳された高周波成分を除去した信号（角速度検出信号）が温度補正回路１８に出力される。
このようにして、ローパスフィルタ１６の出力信号のレベルから振動ジャイロ素子１０に加わった角速度の大きさを認識できる。また、振動ジャイロ素子１０に加わる角速度の方向が逆になった場合には、同期検波回路１５で検波される信号の極性が逆となり、ローパスフィルタ１６より出力される信号の極性から、振動ジャイロ素子１０に加わった角速度の方向を認識することができる。
【００２５】
一方、第２の駆動回路２３で増幅および位相調整された駆動信号が、振動子２０の音叉腕２１ａ，２１ｂの駆動電極に与えられ、音叉腕２１ａ，２１ｂが屈曲振動を行う。
また、振動ジャイロ素子１０の駆動信号と振動子２０の駆動信号が掛算回路２４に入力され、掛算回路２４でそれぞれの信号の合成が行われる。
【００２６】
ここで、振動ジャイロ素子１０の駆動周波数をＦ１、振動子２０の駆動周波数をＦ２、駆動周波数Ｆ１の時間Ｔに対する振幅をＹ１、駆動周波数Ｆ２の時間Ｔに対する振幅をＹ２とすると、Ｙ１及びＹ２は下記の式（１）、（２）で表される。
Ｙ１＝ｓｉｎ（２π×Ｆ１×Ｔ）    ・・・（１）
Ｙ２＝ｓｉｎ（２π×Ｆ２×Ｔ）    ・・・（２）
そして、合成後の振幅Ｙは下記の式（３）で表される。
Ｙ＝１／２ｃｏｓ｛（Ｆ１−Ｆ２）×２π×Ｔ｝−１／２ｃｏｓ｛（Ｆ１＋Ｆ２）×２π×Ｔ｝    ・・・（３）
例えば、Ｆ１＝４５ｋＨｚ、Ｆ２＝４６ｋＨｚとすると、Ｆ１−Ｆ２である１ｋＨｚ成分の信号と、Ｆ１＋Ｆ２である９１ｋＨｚ成分の信号が生成される。
【００２７】
図２は振動ジャイロ素子１０における駆動周波数Ｆ１の信号と、振動子２０における駆動周波数Ｆ２の信号を掛算回路２４で合成した模式波形図である。
このように、差分周波数Ｆ１−Ｆ２の信号と加算周波数Ｆ１＋Ｆ２の信号が合成されていることがわかる。
【００２８】
次に掛算回路２４で合成された信号は、ローパスフィルタ２５に出力される。ローパスフィルタ２５でＦ１＋Ｆ２成分が取り除かれ、差分周波数Ｆ１−Ｆ２を取り出した信号がＦ／Ｖ変換回路２６に出力される。Ｆ／Ｖ変換回路２６では、入力された差分周波数Ｆ１−Ｆ２の信号を直流電圧に変換した信号（差分電圧信号）を、温度補正回路１８に出力する。
温度補正回路１８では、ローパスフィルタ１６から入力された角速度検出信号に、Ｆ／Ｖ変換回路２６から入力された差分電圧信号を加算して補正し、温度補正された角速度検出信号を出力する。
なお、振動ジャイロ素子１０に角速度が加わらない状態では、検出腕１２に形成された検出電極の電位に差が生じないため、振動ジャイロ素子１０から差動増幅回路１４への出力はなく、Ｆ／Ｖ変換回路２６から温度補正回路１８に信号が入力されても、温度補正回路１８からは信号が出力されないように構成されている。
【００２９】
ここで、差分周波数Ｆ１−Ｆ２を温度補正に利用することの意味について説明する。
図３は振動ジャイロ素子１０と振動子２０のそれぞれの温度における周波数を示すグラフであり、合わせて温度における差分周波数Ｆ１−Ｆ２を示すグラフである。
振動ジャイロ素子１０および振動子２０における、温度に対する周波数変化は２次曲線で表される。また、振動ジャイロ素子１０と振動子２０の差分周波数Ｆ１−Ｆ２は直線に近似される。すなわち、差分周波数Ｆ１−Ｆ２の信号を直流電圧に変換した信号（電圧）は、ほぼ温度に比例して変化する。
【００３０】
振動ジャイロ素子１０の駆動周波数をＦ１、振動子２０の駆動周波数をＦ２とすると、それぞれの２次曲線は下記の式（４）、（５）で表される。
Ｆ１＝ａ１（Ｘ−ｂ１）2＋ｃ１    ・・・（４）
Ｆ２＝ａ２（Ｘ−ｂ２）2＋ｃ２    ・・・（５）
（ａ１，ａ２：２次係数、ｂ１，ｂ２：一次係数、ｃ１，ｃ２：定数）
そして、差分の周波数Ｆ１−Ｆ２の曲線は下記の式（６）で表される。
Ｆ１−Ｆ２＝（ａ１−ａ２）Ｘ2−２（ａ１ｂ１−ａ２ｂ２）Ｘ＋４（ａ１ｂ１2−ａ２ｂ２2）＋ｃ１−ｃ２    ・・・（６）
この式（６）から、振動ジャイロ素子１０と振動子２０における２次曲線の２次係数ａ１，ａ２の差が小さいほど、差分の周波数Ｆ１−Ｆ２の曲線は一次式に近くなり、直線に近づく。そして、振動ジャイロ素子１０と振動子２０における２次係数ａ１，ａ２が同じ値であれば、差分の周波数Ｆ１−Ｆ２は直線となり、温度の変化に対して、直線に沿って差分の周波数Ｆ１−Ｆ２が変化することになる。
なお、この２次係数ａ１，ａ２は、周波数温度特性における２次温度係数と等価であり、振動ジャイロ素子１０と振動子２０の２次温度係数を一致させても同様である。
【００３１】
このように、振動ジャイロ素子１０の温度検出に、振動ジャイロ素子１０の駆動信号を利用することにより、振動ジャイロ素子１０自体の温度を正確に得ることができる。このことから、温度センサを用いて振動ジャイロ素子１０近傍の温度を検出して角速度検出信号を補正することに比べて、精度良く角速度検出信号を温度補正することができ、正確な角速度を検出するジャイロセンサ１を提供できる。さらに、振動ジャイロ素子１０と振動子２０の２次温度係数を一致させることにより、振動ジャイロ素子１０と振動子２０の駆動信号から得られる差分周波数信号は、温度の変化に対して直線になり、精度良くまた容易に角速度信号の温度補正をすることができる。
【００３２】
なお、角速度検出信号の温度補正は、それぞれの温度におけるＦ／Ｖ変換後の直流電圧及び補正値をメモリで記憶し、直流電圧に対応した補正値をメモリから呼び出して温度補正をすることもできる。また、差分周波数Ｆ１−Ｆ２及び補正値をメモリで記憶し、差分周波数Ｆ１−Ｆ２をカウンタで読み取り、その差分周波数Ｆ１−Ｆ２に対応する補正値をメモリから呼び出して温度補正をすることもできる。
（第２の実施形態）
【００３３】
次に、二つの振動ジャイロ素子を備えた２軸検出型のジャイロセンサの実施形態について説明する。
図４は、本発明のジャイロセンサの一実施形態を示す回路ブロック図である。図５はジャイロセンサにおける振動ジャイロ素子の配置を示し、角速度の検出軸を説明する模式図であり、図５（ａ）はジャイロセンサの斜視図、図５（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う模式断面図である。
なお、第１の実施形態と同じ構成部については同符号を付し説明する。
【００３４】
図５において、ジャイロセンサ２はセラミックなどの収容器４０に第１の振動ジャイロ素子としての振動ジャイロ素子１０と、第２の振動ジャイロ素子としての振動ジャイロ素子３０を備えている。振動ジャイロ素子１０は水晶などの圧電材料から構成され、ダブルＴ型ジャイロ素子である。また、振動ジャイロ素子３０は水晶などの圧電材料から構成され、音叉型ジャイロ素子である。
【００３５】
振動ジャイロ素子１０は、支持部材４２に保持され収容器４０内に配置されている。振動ジャイロ素子１０は、両側に位置する駆動腕１１ａ，１１ｂと中央に位置する検出腕１２を備え、検出腕１２がＹ軸を回転軸とする角速度ω１を検出できるように構成されている。
また、振動ジャイロ素子３０は、基部３２にて収容器４０内に固定されている。振動ジャイロ素子３０は、２本の音叉腕３１ａ，３１ｂを備え、音叉腕３１ａ，３１ｂがＺ軸を回転軸とする角速度ω２を検出できるように構成されている。
そして、振動ジャイロ素子１０の下方には、振動ジャイロ素子１０及び振動ジャイロ素子３０を駆動させる回路と角速度を検出する回路などを含む回路部４１が配置され、蓋体４３により、収容器４０内を真空雰囲気に保持して封止されて、２軸検出型のジャイロセンサ２が構成される。
【００３６】
このように、振動ジャイロ素子１０及び振動ジャイロ素子３０は、平面視において角速度の検出軸が異なっており、それぞれを平面に配置することによりＹ軸回りの角速度ω１とＺ軸回りの角速度ω２の２軸における角速度を検出できるように構成されている。
なお、ここで平面視とは、それぞれの振動ジャイロ素子を背（高さ）が低くなるように平面に配置して見た状態を言う。
【００３７】
図４において、振動ジャイロ素子１０の駆動腕１１ａ，１１ｂに形成された駆動電極（図示せず）には第１の駆動回路１３が接続されている。また、振動ジャイロ素子１０の検出腕１２に形成された検出電極（図示せず）には角速度を検出する第１の検出回路１７が接続されている。
第１の検出回路１７は差動増幅回路１４、同期検波回路１５、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１６を備え、それぞれが接続されている。また、同期検波回路１５には第１の駆動回路１３が接続されている。さらに第１の検出回路１７は第１の温度補正回路１８に接続されている。
【００３８】
振動ジャイロ素子３０の音叉腕３１ａ，３１ｂに形成された駆動電極（図示せず）には第２の駆動回路３３が接続されている。また、振動ジャイロ素子３０の音叉腕３１ａ，３１ｂには検出電極（図示せず）が形成され、角速度を検出する第２の検出回路３７が接続されている。第２の検出回路３７は差動増幅回路３４、同期検波回路３５、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３６を備え、それぞれが接続されている。また、同期検波回路３５には第２の駆動回路３３が接続されている。さらに第２の検出回路３７は第２の温度補正回路３８に接続されている。
【００３９】
そして、第１の駆動回路１３及び第２の駆動回路３３は掛算回路２４に接続され、掛算回路２４はローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５に接続されている。さらに、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５はＦ／Ｖ変換回路２６に接続され、Ｆ／Ｖ変換回路２６は第１の温度補正回路１８及び第２の温度補正回路３８に接続されている。
【００４０】
以上の構成のジャイロセンサ２の動作について以下に説明する。
第１の駆動回路１３で増幅および位相調整された駆動信号が、振動ジャイロ素子１０の駆動腕１１ａ，１１ｂの駆動電極に与えられ、駆動腕１１ａ，１１ｂがＸ方向に屈曲振動を行う。ここで、振動ジャイロ素子１０にＹ軸を回転軸とする角速度が加わると、駆動腕１１ａ，１１ｂにコリオリ力が働く。このコリオリ力に連動して、検出腕１２がＸ方向に屈曲する。検出腕１２の屈曲状態は中央部を境にして上下の腕が相互に反対方向に動き、検出腕１２に形成された検出電極から出力される出力信号に差が生じる。この出力信号はコリオリ力に対応した大きさを持ち、この出力信号が第１の検出回路１７を構成する差動増幅回路１４に入力される。
【００４１】
差動増幅回路１４では入力された信号を増幅し、同期検波回路１５に出力する。同期検波回路１５では、同期信号として第１の駆動回路１３から出力される駆動信号を変換し、入力された信号の正部分のみまたは負部分のみ、或は正負のいずれかを反転した信号が検波される。同期検波回路１５で検波された信号は、ローパスフィルタ１６に入力され、信号に重畳された高周波成分を除去した信号（角速度検出信号）がローパスフィルタ１６から第１の温度補正回路１８に出力される。
このようにして、ローパスフィルタ１６の出力信号のレベルから振動ジャイロ素子１０に加わったＹ軸回りの角速度の大きさを認識できる。また、振動ジャイロ素子１０に加わる角速度の方向が逆になった場合には、同期検波回路１５で検波される信号の極性が逆となり、ローパスフィルタ１６より出力される信号の極性から、振動ジャイロ素子１０に加わったＹ軸回りの角速度の方向を認識することができる。
【００４２】
一方、第２の駆動回路３３で増幅および位相調整された駆動信号が、振動ジャイロ素子３０の音叉腕３１ａ，３１ｂの駆動電極に与えられ、音叉腕３１ａ，３１ｂがＸ方向に屈曲振動を行う。ここで、振動ジャイロ素子３０にＺ軸を回転軸とする角速度が加わると、音叉腕３１ａ，３１ｂにコリオリ力が働き、音叉腕３１ａ，３１ｂがＹ方向に屈曲する。このコリオリ力による音叉腕３１ａ，３１ｂの屈曲状態は、左右の音叉腕３１ａ，３１ｂが相互に反対方向に動き、音叉腕３１ａ，３１ｂに形成された検出電極から出力される出力信号に差が生じる。この出力信号はコリオリ力に対応した大きさを持ち、この出力信号が第２の検出回路３７を構成する差動増幅回路３４に入力される。
【００４３】
差動増幅回路３４では入力された信号を増幅し、同期検波回路３５に出力する。同期検波回路３５では、同期信号として第２の駆動回路３３から出力される駆動信号を利用し、入力された信号の正部分のみまたは負部分のみ、或は正負のいずれかを反転した信号が検波される。同期検波回路３５で検波された信号は、ローパスフィルタ３６に入力され、信号に重畳された高周波成分を除去した信号（角速度検出信号）がローパスフィルタ３６から第２の温度補正回路３８に出力される。
【００４４】
このようにして、ローパスフィルタ３６の出力信号のレベルから振動ジャイロ素子３０に加わった角速度の大きさを認識できる。また、振動ジャイロ素子３０に加わる角速度の方向が逆になった場合には、同期検波回路３５で検波される信号の極性が逆となり、ローパスフィルタ３６より出力される信号の極性から、振動ジャイロ素子３０に加わった角速度の方向を認識することができる。
【００４５】
また、振動ジャイロ素子１０の駆動信号と振動ジャイロ素子３０の駆動信号が掛算回路２４に入力され、掛算回路２４でそれぞれの信号の合成が行われる。
振動ジャイロ素子１０の駆動周波数をＦ１、振動ジャイロ素子３０の駆動周波数をＦ３とすると、差分周波数Ｆ１−Ｆ３成分の信号と加算周波数Ｆ１＋Ｆ３成分の信号が合成される。
掛算回路２４で合成された信号は、ローパスフィルタ２５に出力される。ローパスフィルタ２５でＦ１＋Ｆ３成分が取り除かれ、差分周波数Ｆ１−Ｆ３を取り出した信号がＦ／Ｖ変換回路２６に出力される。Ｆ／Ｖ変換回路２６では、入力された差分周波数Ｆ１−Ｆ３の信号を直流電圧に変換した信号（差分電圧信号）を、第１の温度補正回路１８及び第２の温度補正回路３８に出力する。
【００４６】
ここで、図３で説明したのと同様に、振動ジャイロ素子１０および振動ジャイロ素子３０の、温度に対する周波数変化は２次曲線で表される。また、振動ジャイロ素子１０と振動ジャイロ素子３０との差分周波数は直線に近似される。すなわち、差分周波数Ｆ１−Ｆ３の信号を直流電圧に変換した信号は、ほぼ温度に比例して変化する。
さらに、振動ジャイロ素子１０と振動ジャイロ素子３０における２次曲線の２次係数が同じ値であれば、差分の周波数Ｆ１−Ｆ３は直線となり、温度の変化に対して、直線に沿って差分の周波数Ｆ１−Ｆ３が変化することになる。
なお、この２次係数は、周波数温度特性における２次温度係数と等価であり、振動ジャイロ素子１０と振動ジャイロ素子３０の２次温度係数を一致させても同様である。
【００４７】
第１の温度補正回路１８では、ローパスフィルタ１６から入力された角速度検出信号に、Ｆ／Ｖ変換回路２６から入力された差分電圧信号を加算して補正し、温度補正された角速度検出信号を出力する。
また、第２の温度補正回路３８では、ローパスフィルタ３６から入力された角速度検出信号に、Ｆ／Ｖ変換回路２６から入力された差分電圧信号を加算して補正し、温度補正された角速度検出信号を出力する。
【００４８】
なお、振動ジャイロ素子１０または振動ジャイロ素子３０に、それぞれの検出軸に対して角速度が加わらない状態では、検出腕１２または音叉腕３１ａ，３１ｂに形成された検出電極の電位に差が生じない。このため、振動ジャイロ素子１０または振動ジャイロ素子３０から差動増幅回路１４、差動増幅回路３４への出力はない。
第１の温度補正回路１８及び第２の温度補正回路３８は、振動ジャイロ素子１０及び振動ジャイロ素子３０が角速度を感知した時にのみ、Ｆ／Ｖ変換回路２６の出力信号に基づき、角速度検出信号を補正し、補正された角速度検出信号を出力するように構成されている。
【００４９】
以上のように、振動ジャイロ素子１０及び振動ジャイロ素子３０の温度検出に、それぞれの振動ジャイロ素子の駆動信号を利用することができ、振動ジャイロ素子自体の温度を正確に得ることができる。このことから、温度センサを用いて振動ジャイロ素子近傍の温度を検出して角速度検出信号を補正することに比べて、精度良く角速度検出信号を補正することができ、正確な角速度を検出する２軸検出型のジャイロセンサ２を提供できる。また、この温度補正機能を有する２軸検出型のジャイロセンサ２は温度センサを必要とせず、部品点数を削減しジャイロセンサ２の小型化を可能とする。
【００５０】
また、振動ジャイロ素子１０と振動ジャイロ素子３０の２次温度係数を一致させることで、差分電圧信号の温度特性は一次関数となり、この信号を用いて容易に、また正確に角速度検出信号の温度補正をすることができる。
さらに、二つの振動ジャイロ素子１０，３０の平面視において、それぞれの角速度の検出軸が異なる振動ジャイロ素子を用い、それぞれの振動ジャイロ素子１０，３０を平面に配置すれば低背化された（厚みの薄い）２軸検出型のジャイロセンサ２を提供できる。
【００５１】
なお、上記実施形態において、Ｆ／Ｖ変換回路から出力される差分電圧信号を、必要に応じ増幅処理、リニアライズ処理、フィルタ処理、デジタル処理などの処理をした後、温度補正回路で角速度検出信号を温度補正しても良い。
また、上記実施形態では一方の振動ジャイロ素子を音叉型ジャイロ素子として説明したが、水晶などの圧電材料からなる、平面視においてＨ形状であるＨ型音叉ジャイロ素子を用いても良い。
また、振動ジャイロ素子の材料として水晶のほかに、圧電材料であるタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ5）などを利用しても良い。
（第３の実施形態）
【００５２】
図６は本発明に係る電子機器の実施形態を示す構成図である。ジャイロセンサを用いた応用機器として、姿勢を検出することが必要な車載用および携帯用ナビゲーションシステム、または手ぶれ補正を行うビデオカメラ、デジタルカメラが挙げられる。
例えば、車載用ナビゲーションシステムなどの電子機器５０に、上記の実施形態で説明したジャイロセンサ２が具備され、２軸の角速度を検出する。このジャイロセンサは、それぞれの回転軸の角速度に対して温度補正された角速度信号を出力する。
【００５３】
本実施形態のジャイロセンサ２によれば、ジャイロ素子自体の駆動信号を温度補正に利用できるため、正確な角速度の検出が可能になる。このことから、本実施形態のジャイロセンサ２を備えた車載用ナビゲーションシステムなどの電子機器５０は高精度の姿勢検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のジャイロセンサの一実施形態を示す回路ブロック図。
【図２】掛算回路で合成した模式波形図。
【図３】振動ジャイロ素子と振動子のそれぞれの温度における周波数を示すグラフ。
【図４】本発明のジャイロセンサの他の実施形態を示す回路ブロック図。
【図５】ジャイロセンサにおける振動ジャイロ素子の配置を示し、角速度の検出軸を説明する模式図であり、（ａ）はジャイロセンサの斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断線に沿う模式断面図。
【図６】電子機器の実施形態を示す構成図。
【符号の説明】
【００５５】
１，２…ジャイロセンサ、１０…振動ジャイロ素子、１３…第１の駆動回路、１４…差動増幅回路、１５…同期検波回路、１６…ローパスフィルタ、１７…第１の検出回路、１８…温度補正回路、２０…振動子、２３…第２の駆動回路、２４…掛算回路、２５…ローパスフィルタ、２６…Ｆ／Ｖ変換回路、３０…振動ジャイロ素子、３３…第２の駆動回路、３４…差動増幅回路、３５…同期検波回路、３６…ローパスフィルタ、３７…第２の検出回路、３８…第２の温度補正回路、４０…収容器、４１…回路部、４２…支持部材、４３…蓋体、５０…電子機器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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